發光信號劑

發光信號劑用於裝填發光信號彈及器材，供遠距離傳遞信號。最常用的發光信號劑是紅、黃（或白光）、綠三種火焰顏色。因為在夜間於遠距離上這三種火焰顏色最易識別。

發光信號劑與照明劑的主要區別在於信號劑燃燒必須產生有色火焰，雖然二者都需要有高的發光強度，但信號劑中顏色指標是主要的，發光強度是次要的。幾種發光信號劑的光譜區域如圖1所示。

發光信號劑除軍用外，亦廣泛用於航運求救信號。

發光信號劑的最新發展是紅光脈衝信號劑。它燃燒時既不是定速燃燒，也不是漸增燃燒，而是週期性的脈衝燃燒。當改變藥劑的組成時，脈衝頻率可在（0.1~1000）Hz範圍內變化，特別適用於編碼序列。兩種有代表性的脈衝信號劑及其頻率如圖2所示。 ^[1] 

發光信號劑都由氧化劑、可燃劑、黏合劑、染焰劑及改善火焰顏色的含氯有機化合物等組成。

1、氧化劑

氧化劑對有色火焰的比色純度、安定性和機械感度均有很大影響。一般選用吸濕性小、安定性好和低感度的氧化劑。氯酸鹽感度大，儘量不要使用，如特殊需要使用時，應採取必要的安全措施。常使用的氧化劑有：高氯酸鉀、硝酸鉀、硝酸鋇、硝酸鍶和硝酸鈉等。

選擇氧化劑時，還應注意氧化劑中的金屬原子光譜對有色藥劑比色純度的影響。例如不能在紅光或綠光藥劑中加入含鈉氧化劑，因為鈉原子輻射光譜為黃光，它會大大降低紅光或綠光藥劑的比色純度。另外，還需考慮與金屬可燃物的相容性。

2、染焰劑

它是在藥劑燃燒時產生單色光譜，決定火焰光色的重要成分，常用的染焰劑右下列幾種：

（1）紅色染焰劑選用鍶鹽：硝酸鍶[Sr(NO₃)₂]、碳酸鍶(SrCO₃)、草酸鍶(SrC₂O₄)，其中硝酸鍶又可作為氧化劑。

（2）綠色染焰劑選用鋇鹽：硝酸鋇[Ba(NO₃)₂]，而硝酸鋇又是氧化劑。

（3）黃色染焰劑選用鈉鹽：冰晶石(Na₃AlF₆)、氟硅酸鈉(Na₂SiF₆)、草酸鈉(Na₂C₂O₄)、硝酸鈉(NaNO₃)。

3、可燃物

應選用能夠達到最佳效應和安定性好的可燃物。要達到最佳效應，則要求可燃物產生的燃燒熱效應要適當，燃燒時需氧量少，在氧化劑或空氣中易氧化。要達到安定性好，則選用的可燃物應在±600℃範圍內保持物理化學性質穩定，不吸濕或吸濕性小。常用的可燃物有鋁、鎂、鎂鋁合金、鈦、硫、碳等。鈦產生的熱值較高，但其價格較貴，只在少數配方中使用。

4、黏合劑

應選用防潮、安定、對燃速影響較小的黏合劑。有色火焰煙火藥中常使用的黏合劑有：酚醛樹脂、蟲膠、樹脂酸鈣、澱粉等。一般樹脂、蟲膠配製成清漆加入藥劑後防潮效果較好，而粉狀樹脂對藥劑的防潮較差。

5、含氯有機物

應選用不吸濕且含氯量大的有機物。在有色火焰煙火藥（黃光劑除外）中，加入含氯有機物則形成一氯化物的分子光譜，產生單色光強度較大的有色火焰，增強藥劑的比色純度。

1、火焰應有鮮明的色彩和好的比色純度

信號劑燃燒時，其火焰應有鮮明的特有色彩，以避免與其他不同顏色信號相混淆。所用信號劑火焰輻射要求是：紅光波長不少於620nm，黃光波長在570nm~590nm範圍內，綠光波長應在555nm左右。比色純度應不少於70%~75%，以保證遠距離5km~7km以上能清晰識別信號。

2、燃燒時具有一定的發光強度

發光信號星體的發光強度一般不少於數千坎，以滿足人眼的識別。人眼對於遠距離的感光，取決於光對人眼的照度、背景亮度、大氣透過率和光的顏色。例如，夜間在10km處觀察綠光信號，當大氣透射係數為0.8時，綠光信號劑的發光強度只有大於1220cd時人眼才能識別，如在相同條件下觀察紅光和黃光信號，其發光強度則必須達到747cd和1780cd才能識別。當環境改變時，如處於滿月、雪地（較亮的背景）或有霧天氣，其發光強度必須大於上述數值才能明顯識別。

3、有足夠的燃燒持續時間

為了使信號便於夜間識別，要求其燃燒持續時間不小於5s，為此要求信號星體燃速為2mm/s~5mm/s。

理想的發光信號劑火焰輻射應完全落在某一光譜波段上，這種火焰輻射稱為單色輻射。單色輻射火焰的色飽和度是100%，這屬於理想情況，但實際中的發光信號劑火焰是連續光譜，它由許多波長不同的輻射光混合而成，其色飽和度很難達到90%以上。發光信號劑的火焰色彩是由波長不同的輻射光混合而成混合色彩，色彩混合規則如下：

1、互補色混合後呈白色。兩種單色光混合成白光時該兩種單色光即為互補色。例如，黃光和藍光為互補色，黃光劑火焰與藍光劑火焰相混合後則呈白色火焰。

2、非互補色互相混合後呈色光。例如藍光和橙光相混合時得到淡紅色或紫色，紅光和黃光相混合顯橙色等。各色光相互混合後形成的新光色彩見圖3。

3、由數種色光混合可組成相當於某一單色輻射相同顏色的光，但其光譜仍為數種光的譜線或譜帶。例如，由波長590nm和630nm的光混合時，可得到相當於波長為610nm的單色光，但其光譜仍為590nm和630nm的譜線。即色光混合後可生成新色光，但不影響各自的光譜。

發光信號劑燃燒產生的有色火焰是由於氣體或蒸氣的輻射所致。當原子或分子輻射的譜線或譜帶位於光譜的某一部分上時，即產生相應的顏色。發光信號彈的有色火焰光譜通常為線狀或帶狀光譜，有時是線狀和帶狀的混合光譜。

發光信號劑的火焰光譜是由熱、電衝擊和光三種激發方式產生的。輻射體性質不同，所產生的光譜也不同。例如黃光劑火焰中通常只有較強的線狀光譜，這是由於鹼金屬鹽類如硝酸鈉分解成Na原子，在蒸氣狀態下受激發產生589nm和592nm的線狀光譜。含有Sr、Ba或Cu鹽的發光劑，其火焰光譜為帶狀光譜，這是由於燃燒時火焰中生成了SrO、SrCl、BaOkBaCl、CuCl等分子輻射體，這些分子輻射體在蒸氣狀態下受激產生帶狀光譜，表現出紅（620nm~750nm）、綠（490nm~565nm）、藍（440nm~490nm）色火焰。

發光信號劑與照明劑發光性質的區別在於它們發光的輻射體不同。照明劑的火焰發光是基於固體或液體微粒的温度輻射，而發光信號劑的火焰發光是由於氣體或蒸氣狀態的原子或分子輻射發光。

燃燒温度直接影響着發光劑的輻射特性。一般情況下，對藉助原子或離子輻射獲得有色火焰的發光信號劑來説，希望有較高的燃燒温度，但也不宜過高，過高會使火焰中存在大量白光，這將沖淡有色火焰的色彩。對藉助分子輻射的有色發光信號劑來説，其燃燒温度絕對不能太高，一旦燃燒温度超過發光分子的離解温度時，發光分子將會發生分解從而得不到希望的顏色。鹼金屬氯化物和氧化物分子在1000℃下即離解成原子。 ^[2]